Descoloração de corantes têxteis por fungos ligninolíticos em condições de pH e salinidade elevada

Tese de doutoramento em Engenharia Quimica e BiológicaO principal objetivo deste trabalho consistiu em selecionar e avaliar diferentes estirpes de fungos da podridão branca da madeira (Fpb) quanto à capacidade de descoloração, em condições similares às apresentadas na indústria têxtil, utilizando o corante azo Reativo Preto 5 (RP5). O corante Poly R-478 (PR478) foi utilizado como parâmetro comparativo por ser considerado um indicador da atividade de enzimas existentes no sistema ligninolítico dos Fpb. O trabalho inicial foi realizado com doze estirpes de Fbp em meio de cultura sólido e permitiu a seleção das estirpes aptas em descolorir estes corantes em condições restritivas. A extensão da descoloração dos dois corantes e a atividade das enzimas ligninolíticas envolvidas neste processo foram avaliadas, utilizando-se as estirpes Trametes versicolor MUM 94.04, 04.100 e 04.101 para além da estirpe modelo de estudo Phanerochaete chrysoporium MUM 94.15 (ATCC 24725), em meio de cultura líquido (MCL) alcalino sob agitação. As estirpes T. versicolor MUM 94.04 e MUM 04.100 apresentaram uma taxa de descoloração de 100 % em MCL na presença do corante RP5. Definido o valor de pH, foram realizados novos ensaios com diferentes concentrações de NaCl adicionado à composição do MCL com o corante RP5. Os melhores resultados de descoloração e atividade enzimática foram obtidos em MCL contendo 15 g·l-1 de NaCl na sua composição, onde a estirpe T. versicolor MUM 04.100 foi a única que apresentou uma taxa de descoloração de 100 %. Esta estirpe apresentou atividade de lacase (Lcc) e lignina-peroxidase (LiP) em valores superiores aos obtidos nas melhores condições de alcalinidade. Em MCL agitado e com os parâmetros pH e concentração de NaCl otimizados, comparou-se a capacidade da estirpe T. versicolor imobilizada em dois suportes sintéticos: espuma de poliuretano (EPO) e esponja de “nylon” (EN), com os resultados obtidos com células livres. Esta estirpe imobilizada em EPO e EN manteve uma taxa de descoloração do corante RP5 igual ou superior a 85 % por 18 (6 ciclos) e 21 (7 ciclos) dias. A ampliação da escala neste estudo foi feita em dois tipos de reatores: de leito fixo e de bancada. O conjunto de experimentos realizados no reator de leito fixo com células livres e imobilizadas proporcionou uma taxa de descoloração de 100 %. A adição de glicerol ao meio de cultivo promoveu uma maior atividade da enzima lacase. Em contrapartida, o controle rígido do pH nos ensaios com reator de bancada denotou a inibição do microrganismo, necessitando-se assim uma maior investigação dos parâmetros de operação. Além disso, verificou-se que indução da expressão genética da lacase foi superior quando o MCL possuía glicerol como co-substrato. Em conclusão, os excelentes resultados obtidos com a estirpe T. versicolor MUM 04.100, proporcionará boas perspectivas futuras quanto a estudos de avaliação dos mecanismos metabólicos e de compostos intermediários que são formados a partir deste corante. Do mesmo modo, o aprofundamento do estudo do processo degradativo do corante com esta estirpe poderá ser avaliado com fontes alternativas de carbono, que poderão potencializar a síntese e consequente aumento da atividade enzimática Lcc.The main goal of this work was to select and evaluate different strains of white rot fungi (Wrf) to the capability to decolourise azo dyes in similar conditions to those presented in the textile industry, using the Reactive Black 5 (RB5). The dye Poly R-478 (PR478) was used as a comparative parameter for being considered as an indicator of the activity of the ligninolytic system of the Wrf. The initial assays were performed with twelve strains of Wrf in solid medium which allowed the selection of strains able to decolourise these dyes in restringent conditions. The extension of the decolourisation for both dyes and the activity of the ligninolytic enzymes involved in this process were evaluated, using the strains Trametes versicolor MUM 94.04, 04.100 and 04.101, and the Phanerochaete chrysoporium MUM 94.15 (ATCC 24725) as reference strain, in alkaline liquid culture medium (LCM) under stirring conditions. The strains T. versicolor MUM 94.04 and MUM 04.100 showed a decolourising rate of 100 % in LCM with the presence of RB5. A optimal value of pH was defined and new assays were made with different concentrations of NaCl added to the composition of the MCL with the dye RB5. The best decolourising results and the enzymatic activity were obtained in MCL containing 15g·l-1 of NaCl in its composition, where the strain T. versicolor MUM 04.100 presented a decolourising rate of 100 %. This strain presented higher values of laccase (Lcc) and lignin-peroxidase (LiP) activity when compared to those obtained in the best alkaline conditions. In stirred MCL with RB5 and under optimised parameters of pH and NaCl, the capacity of the immobilised strain in two synthetic carriers, polyurethane foam (EPO) and nylon sponge (EN), to decolourise the dye was studied and compared with the results obtained for the free cell cultures. This strain, immobilized in EPO and EN maintained a decolourising rate, for the dye RB5, equal or higher than 85 % for 18 (6 cycles) and 21 (7 cycles) days. The scale-up of this assay was performed using two types of reactors: fixed bed and stirred tank. The set of assays performed in the fixed bed reactor with free and immobilized cells provided a decolourising rate of 100 %. The addition of glycerol to the medium promoted a higher activity of laccase. However, the pH control on the assays with the stirred tank denoted the inhibition of the microorganism, thus requiring further research of the operation parameters. Moreover, it was found that the induction of the genic expression of the laccase was higher when using MCL with glycerol as a co-substrate. In conclusion, the excellent results obtained with strain T. versicolor MUM 04.100 will provide future prospects for studies of metabolic pathways and intermediates meatabolites that are formed from this dye under biodegradation conditions. Additionally, further study of degradation process of the dye with this strain can be assessed with alternative sources of carbon, which may stimulate the synthesis and consequent increase the Lcc activity